네트워크 기초

송은·2023년 6월 15일
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네트워크

네트워크란 노드와 링크가 서로 연결되어 있으며, 리소스를 공유하는 집합을 의미한다.

  • 노드: 서버, 라우터, 스위치 등 (네트워크 장치)
  • 링크: 유선/무선

네트워크를 구축할 때 '좋은' 네트워크는 많은 처리량을 처리할 수 있으며, 지연 시간이 짧고, 장애 빈도가 적으며, 좋은 보안을 갖춘 네트워크를 말한다.


❓ 처리량

링크 내에서 성공적으로 전달된 데이터의 양을 말한다. 보통 얼만큼의 트래픽을 처리했는지를 나타낸다.

  • 많은 트래픽을 처리한다 = 많은 처리량을 가진다
  • 트래픽이 많아졌다 = 흐르는 데이터가 많아졌다
  • 처리량이 많아졌다 = 처리되는 트래픽이 많아졌다.

처리량은 다음에 따라 달라질 수 있다.

  • 사용자 접속량에 따라 커지는 트래픽
  • 네트워크 장치 간의 대역폭
  • 네트워크 중간에 발생하는 에러
  • 장치의 하드웨어 스펙

트래픽
서버를 통해 최종 사용자에게 전달된 데이터의 양 (트래픽 = 용량 x 사용자 수 x 개수)
트래픽에서 시간 개념을 추가하게 되면 초당 처리할 수 있는 데이터의 양을 나타내는 대역폭이 된다.

대역폭
대역폭 = (용량 x 사용자수 x 8) / 처리 시간 = bps
1차선 → 4차선 도로에서 차를 더 많이 수용할 수 있듯이 데이터를 얼마나 많이 수용할 수 있는지 판단하는 기준이 된다.


❓ 지연 시간
요청이 처리되는 시간으로, 어떤 메시지가 두 장치 사이를 왕복하는데 걸리는 시간을 말한다.
매체 타입(무선/유선), 패킷 크기, 라우터의 패킷 처리 시간에 영향을 받는다.


네트워크 토폴로지

네트워크 토폴로지(Network topology)는 노드와 링크의 배치 방식이자 연결 형태를 의미한다.

1. 트리 토폴로지

tree topology

계층형 토폴로지라고 하며, 트리 형태로 배치한 네트워크 구성을 말한다.

  • 노드의 추가/삭제 용이
  • 특정 노드에 트래픽이 집중될 때 하위 노드에 영향을 끼칠 수 있음

2. 버스 토폴로지

bus topology

중앙 통신 회선 하나에 여러 개의 노드가 연결되어 공유하는 네트워크 구성을 말한다.

  • 설치 비용↓ 신뢰성↑
  • 중앙 통신 회선에 노드 추가/삭제 용이
  • 🚨 스푸핑 가능
    • LAN상에서 송신부의 패킷을 송신과 관련없는 다른 호스트에 가지 않도록 하는 스위칭 기능을 마비시키거나 속여서, 특정 노드에 해당 패킷이 오도록 처리하는 것을 의미
    • 올바르게 수신부로 가야 할 패킷이 악의적인 노드에 전달될 수 있다.
  • ex) 근거리 통신망(LAN)

3. 스타 토폴로지

star topology

중앙에 있는 노드에 모두 연결된 네트워크 구성을 말한다.

  • 노드 추가 용이
  • 패킷 충돌 발생 가능성↓
  • 어떠한 노드에 장애가 발생했는지 에러 발견하기 쉬움
  • 장애 노드가 중앙 노드가 아닐 경우 다른 노드에 영향↓
  • 중앙 노드에 장애 발생 시 전체 네트워크를 사용할 수 없음
  • 설치비용↑

4. 링형 토폴로지

ring topology

각각의 노드가 양 옆의 두 노드와 연결하여 하나의 연속된 길을 통해 통신을 하는 망 구성 방식을 말한다.

  • 노드 수가 증가되어도 네트워크상의 손실이 거의 없다
  • 충돌 발생 가능성↓
  • 노드 고장 발견 쉬움
  • 네트워크 구성 변경이 어려움
  • 회선에 장애가 발생하면 전체 네트워크에 영향

5. 메시 노폴로지

mesh topology

망형 토폴로지라고도 하며, 그물망처럼 연결되어 있는 네트워크 구성을 말한다.

  • 한 단말 장치에 장애가 발생해도 여러 개의 경로가 존재하므로 네트워크 계속 사용 가능
  • 트래픽 분산 처리 가능
  • 노드 추가 어려움
  • 구축/운영 비용↑

병목현상

네트워크의 구조인 토폴로지가 중요한 이유는 병목 현상을 찾을 때 중요한 기준이 되기 때문이다.

네트워크 토폴로지가 어떻게 구성되어 있는지, 어떠한 경로로 이루어져 있는지 알아야 병목현상을 올바르게 해결할 수 있다.

병목현상
전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성요소로 인해 제한을 받는 현상
서비스에서 이벤트를 열었을 때 트래픽이 많이 생기고, 그 트래픽을 잘 관리하지 못하면 병목현상이 생겨 사용자는 웹사이트로 들어가지 못한다.
ex) 병의 몸통보다 병의 목 부분 내부 지름이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에 비유할 수 있다.


네트워크 분류

네트워크는 규모를 기반으로 분류할 수 있다.

  • LAN(Local Area Network): 사무실과 개인적으로 소유 가능한 규모
    • 전송속도↑ 혼잡하지 않음.
  • MAN(Metropolitan Area Network): 대도시 지역 네트워크를 나타내며 시 정도의 규모. 도시 같은 넓은 지역에서 운영된다.
    • 전송속도 평균, LAN보다 혼잡
  • WAN(Wide Area Network): 광역 네트워크로 세계 규모. 국가 또는 대륙 같은 더 넓은 지역에서 운영된다.
    • 전송속도↓ MAN보다 더 혼잡

네트워크 성능 분석 명령어

애플리케이션 코드상에는 문제가 없는데 사용자가 서비스로부터 데이터를 가져오지 못하는 상황이 발생되기도 한다. 이는 네트워크 병목 현상일 가능성이 있다.

이 때 네트워크 관련 테스트 vs 네트워크와 무관한 테스트를 통해 '네트워크로부터 발생한 문제점'인 지 확인한 후 네트워크 성능 분석을 해봐야 한다.


ping

ping(Packet INternet Groper)은 네트워크 상태를 확인하려는 대상 노드를 향해 일정 크기의 패킷을 전송하는 명령어이다.

ping은 TCP/IP 프로토콜 중에 ICMP 프로토콜을 통해 동작하며, 이 때문에 ICMP 프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로는 실행할 수 다.

네트워크 정책상 ICMP나 traceroute를 차단하는 대상의 경우에도 ping 테스팅이 불가능하다.

  • 해당 노드의 패킷 수신 상태 확인 가능
  • 도달하기까지 시간
  • 해당 노드까지 네트워크가 연결유무 확인 가능
  • ICMP 프로토콜을 지원하지 않는 기기를 대상으로는 실행할 수 없음.
  • 네트워크 정책상 ICMP나 traceroute를 차단하는 대상도 ping 테스팅이 불가능하다.

-n 12 옵션을 넣어서 12번의 패킷을 보내고 12번의 패킷을 받는 모습

>> ping www.google.com -n 12

Ping www.google.com [172.217.26.228] 32바이트 데이터 사용:
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117
172.217.26.228의 응답: 바이트=32 시간=56ms TTL=117

172.217.26.228에 대한 Ping 통계:
  패킷: 보냄 = 12, 받음 = 12, 손실 = 0 (0% 손실)
왕복 시간 (밀리초):
  최소 = 56ms, 최대 = 57ms, 평균 = 56ms

netstat

접속되어 있는 서비스들의 네트워크 상태를 표시하는데 사용된다. 주로 서비스의 포트가 열려 있는지 확인할 때 사용한다.

네트워크 상태 리스트 확인 가능

  • 네트워크 접속
  • 라우팅 테이블
  • 네트워크 프로토콜
>> netstat

활성 연결

프로토콜  로컬주소                  외부주소                    상태
TCP     121.165.224.223:6881    220.118.188.195:41519     TIME_WAIT
TCP     121.165.224.223:49245   211.115.106.72:http       CLOSE_WAIT
.
.

nslookup

DNS에 관련된 내용을 확인하기 위해 쓰는 명령어. 특정 도메인에 매핑괸 IP를 확인하기 위해 사용한다.

google.com의 DNS를 확인하는 모습

>> nslookup

기본 서버: kns.kornet.et
Address: 168.126.63.1

>> google.com
서버: kns.kornet.net
Address: 168.126.63.1

권한 없는 응답:
이름: google.com
Address: 2404:6800:4004:820::200e
          172.217.31.174

tracert

목적지 노드까지 네트워크 경로를 확인할 때 사용하는 명령어이다. 목적지 노드까지 구간들 중 어느 구간에서 응답 시간이 느려지는지 등을 확인할 수 있다.

윈도우에서는 tracert, 리눅스에서는 traceroute 라는 명령어로 구동된다.

구글 사이트에 도달하기까지의 경로 추적하는 모습

>> tracert www.google.com

최대 30홉 이상의
www.google.com [142.250.199.100](으)로 가는 경로 추적:
1   1ms   *     *     121.165.224.254
2   1ms   1ms   1ms   61.78.42.172
3   2ms   2ms   1ms   112.189.31.209
.
.

네트워크 프로토콜 표준화

네트워크 프로토콜이란 다른 장치들끼리 데이터를 주고받기 위해 설정된 공통된 인터페이스를 말한다.

이러한 프로토콜은 IEEE 또는 IETF 라는 표준화 단체가 정한다.

  • ex) HTTP: 서로 약속된 인터페이스인 HTTP라는 프로토콜을 통해 노드들은 웹서비스를 기반으로 데이터를 주고받을 수 있다.



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